Embed Size (px)
Citation preview
NANOSENSORS I LA SEVA APLICACIÓ A
L'ESPORT
CONTROL DE LA DESHIDRATACIÓ EN TEMPS
REAL
Luis Sanz Figueras
Tutora: Pilar Sanz Loriente
Tarragona, Gener 2016
1
ÍNDEX
1. INTRODUCCIÓ ............................................................................................ 4
1.1. OBJECTIUS .................................................................................. 6
1.2. HIPÒTESI DE TREBALL .............................................................. 6
1.3. PLANIFICACIÓ DE LA RECERCA ............................................... 7
2. MARC PREVI ............................................................................................... 8
2.1. LA HIDRATACIÓ: CLAU DE LA SUPERVIVÈNCIA ..................... 8
2.2. LA DESHIDRATACIÓ ................................................................. 11
2.3. EL MECANISME DE LA SUOR I LA SEVA RELACIÓ AMB LA
DESHIDRATACIÓ ................................................................................ 14
2.3.1. LA SUOR: DEFINICIÓ I FUNCIONS .................................... 14
2.3.2. COMPONENTS DE LA SUOR ............................................. 16
2.3.3. QUAN I COM ES PRODUEIX LA SUOR? ........................... 16
2.3.4. LA SUOR I LA SEVA RELACIÓ AMB L'ENERGIA I
L'ESFORÇ FÍSIC ............................................................................... 19
2.4. ELS SISTÈMES TRADICIONALS DE MESURA DE LA
DESHIDRATACIÓ ................................................................................ 25
2.5. ÚLTIMS AVENÇOS TECNOLÒGICS PER LA MESURA DE LA
DESHIDRATACIÓ: ELS SENSORS QUÍMICS ..................................... 30
2.5.1. ELS SENSORS QUÍMICS ....................................................... 30
2.5.2. EL CONCEPTE WEARABLE .................................................. 32
2.5.3. LA NANOCIENCIA I ELS WEARABLES ................................. 34
3. MARC EMPÍRIC ......................................................................................... 36
3.1. DISSENY DE LA RECERCA ......................................................... 36
3.2. INSTRUMENTS UTILITZATS PER LA RECERCA ........................ 37
3.2.1. CONSTRUCCIÓ DEL NANOSENSOR QUÍMIC..................... 37
3.2.2. FUNCIONAMENT DEL NANOSENSOR ................................. 42
3.3. PROCEDIMENT ........................................................................... 42
3.4. ANÀLISIS DE DADES ................................................................... 52
4. RESULTATS .............................................................................................. 56
2
5. DISCUSIÓ I CONCLUSIONS ..................................................................... 57
6. LIMITACIONS DE LA RECERCA ............................................................... 60
7. FUTURES LINEES DE RECERCA ............................................................. 61
8. COMPETENCIES ADQUIRIDES ................................................................ 62
9. BIBLIOGRAFIA .......................................................................................... 63
10. ANNEXOS .............................................................................................. 65
3
Agraïments
La realització d’aquest treball ha estat possible gràcies al suport de
persones a les quals des d’aquestes pàgines vull fer arribar el meu
agraïment.
Al Jordi Ferre, el meu entrenador esportiu, per la seva inestimable ajuda
en la confecció d’aquest treball de recerca i sobretot per la paciència i
comprensió demostrades en tot moment. Ell m’ha facilitat la guia
necessària per a portar-lo a terme, a banda de l’accés i enllaç amb el grup
de recerca.
El meu agraïment als membres del Grup d’Investigació de Quimiometría,
Cualimetría i Nanosensors de la Universitat Rovira i Virgili, i molt
especialment al Dr. Francisco Javier Andrade, per haver-me facilitat el
poder integrar-me en el seu equip d’una manera tan amable, i per la seva
positiva col·laboració quant a proveir-me de l’accés a la informació i dels
materials necessaris per a l’experimentació.
Als meus pares, per ajudar-me en tot moment en la dedicació del treball i
donar-me ànims i empenta per a realitzar-lo.
Vull fer un agraïment especial a la meva tutora del treball, Pilar Sanz, per
la seva implicació en aquest treball, i pels seus consells que m’han ajudat
a gaudir del treball tot i en els moments més dificultosos.
4
1. INTRODUCCIÓ
Un dia, en una conversa amb el meu preparador de triatló mentre
entrenàvem, em va explicar que ell estava participant en un projecte de
recerca, en la Universitat Rovira i Virgili de Tarragona, incorporant sensors
sobre diferents teixits, el que anomenen “roba intel·ligent”, de forma que
els permetia recollir informació sobre diferents paràmetres fisiològics. El
projecte em va semblar molt interesant i, després de reflexionar-ho, vaig
proposar al meu entrenador realitzar el treball de recerca de batxillerat
sobre aquesta temàtica donat que, a banda d’omplir-me de curiositat, em
permetria gaudir mentre el feia, ja que m'agrada qualsevol aspecte que
estigui relacionat amb l'esport i la tecnologia.
Gràcies a la seva ajuda i a la de l’investigador principal del projecte de
recerca, que em va obrir les portes del seu laboratori, he pogut incorporar-
me al Grup d’Investigació de Quimiometría, Cualimetría i Nanosensors de
la URV, i participar del projecte mitjançant la fabricació de sensors en
diferents formats, provar-los, i a través de rutines d’entrenament
programades en bicicleta i corrent, mesurar els resultats que se’n deriven.
La meva recerca es concreta en l’elaboració d’uns sensors a través dels
quals es pot determinar, en temps real, la pèrdua d’aigua que es produeix
per la pràctica esportiva intensa, a través de la suor, i així poder tenir
informació per actuar i prevenir les conseqüències que se’n pugin derivar.
Un desequilibri en la hidratació pot significar deshidratació o
sobrehidratació (congestió), dos processos que poden afectar el
rendiment cognitiu i físic. El nombre d'hospitalitzacions per deshidratació
ha augmentat constantment en les últimes dècades, arribant a 518.000
hospitalitzacions i 5.500.000.000$ en despeses d'hospital en 2004 als
Estats Units (Kim, 2007).
5
Les conseqüències dels desequilibris d'hidratació generen malalties que
podrien ser previstes i evitar moltes hospitalitzacions si es diagnostiquen i
es gestionen d'hora. Per desgràcia, l'estat del fluid d'un individu és difícil
d'avaluar i no hi ha, a dia d’avui, un patró únic i universal (“Gold
Standard1”) per a informar de la presa de decisions a l’equip mèdic.
Aquest projecte de recerca fa una crida a la necessitat d'una tècnica
ràpida, precisa, no invasiva, portàtil i segura per mesurar l'estat
d'hidratació, sobretot en un àmbit ambulatori. Tal invenció podria ser
utilitzada no sols en l’àmbit esportiu, sinó també en el control i tractament
de la gent gran, dels infants, així com de moltes altres poblacions.
Al no existir un mètode únic robust per determinar l'estat de deshidratació,
actualment s’utilitzen múltiples mètriques de forma combinada per a
proporcionar una avaluació més completa. Les mètriques més utilitzades
a dia d’avui són: el canvi de massa corporal, la osmolaritat plasmàtica, el
canvi del volum plasmàtic i l’anàlisi d’orina, entre d’altres. No obstant,
malgrat l’existència de diverses eines i mètriques, aquestes presenten
múltiples problemes, destacant l’alta variabilitat en la mesura, fet que
produeix molta confusió i obliga a la avaluació a través de múltiples
sistemes no essent cap d’ells determinant com a mesura independent.
Es postula que és possible construir un sensor portàtil, no invasiu, que
serà capaç d’ obtenir informació sobre la pèrdua d’aigua en el cos humà, i
que esdevindrà una plataforma de diagnòstic adequat per avaluar l'estat
de deshidratació en les persones.
Aquest treball presenta la imparable evolució que està adquirint la
tecnologia actual en l'àmbit de la salut i de l’esport, pel fet que, el poder
tenir informació sobre el teu cos en temps real, permet poder solucionar i
anticipar molts dels problemes que aquest pateix.
1 Test de referència (Gold Standard): És el procediment o estudi que s'utilitza per definir el
veritable estat del pacient. Test universalment acceptat per diagnosticar la malaltia en qüestió i amb el qual es comparen nous tests per diagnosticar la mateixa malaltia (en general menys invasius, menys costosos o més fàcils de realitzar).
6
1.1. OBJECTIUS
El present treball de recerca persegueix assolir els següents objectius:
Conèixer els sistemes reguladors de la hidratació del cos humà
vinculats amb el procés de sudoració
Analitzar la relació existent entre l’energia produïda a través de
l’esforç físic i la deshidratació
Construir un dispositiu que permeti detectar en temps real la
sudoració
Mitjançant l’aplicació del dispositiu, mesurar la relació entre el
desgast energètic provocat per un esforç físic esportiu i la
deshidratació, de manera que amb aquesta informació puguem
saber exactament el líquid que cal beure per recuperar-la i en quin
moment.
Ampliar la meva formació tant en l’adquisició de nous coneixements
com en l’aplicació de metodologies per a la recerca. Aquesta
primera experiència en el mon de la investigació, em permetrà
identificar si és un àmbit de treball que desperti la curiositat en mi, i
cap al qual pugui orientar la meva futura carrera professional.
1.2. HIPÒTESI DE TREBALL
Vinculat amb els objectius anteriors, la present recerca planteja la següent
hipòtesis de treball:
A través d’un sensor aplicat al cos d'un esportista, es pot conèixer
exactament el moment en el que es comença a produir la deshidratació
per pèrdua de suor. Així, donant informació en temps real a la persona a
la que se li aplica el sensor, permetrà rebre l’alerta de en quin moment ha
7
de beure líquid o prendre altra mesura correctora, i així evitar la
deshidratació.
1.3. PLANIFICACIÓ DE LA RECERCA
Partint de la bibliografia existent, farem un anàlisi en profunditat dels
fonaments que originen el mecanisme de la deshidratació del cos humà,
així com dels sistemes que existeixen avui en dia per regular-la, mesurar-
la i combatre-la. Aquest anàlisis el completarem amb l’estudi del
funcionament dels sensors fisiològics.
Un cop analitzat el marc de referència sobre el qual fonamentarem la
recerca, procedirem a abordar la fase experimental, per a la qual
construirem un sensor que ens permetrà mesurar la pèrdua d'aigua que
es deriva per motiu de realitzar un esforç físic intens, conseqüència d’una
pràctica esportiva d’alta resistència.
Col·locarem el sensor sobre el meu cos, i mesurarem l’aigua que es perd
desprès de realitzar una rutina d’entrenament de ciclisme i atletisme.
Finalment, fet el registre dels resultats, analitzarem els mateixos i farem la
interpretació de les dades i de les conclusions que se’n deriven.
8
2. MARC PREVI
2.1. LA HIDRATACIÓ: CLAU DE LA
SUPERVIVÈNCIA
L'aigua juga un paper molt important en el nostre organisme: protegeix i
és lubrificant per al cervell i les articulacions, transporta els nutrients a les
cèl·lules del cos i s'encarrega de retirar de les mateixes els residus o
substàncies de deixalles. També ajuda a regular la temperatura corporal
mitjançant la redistribució de la calor des de teixits actius fins a la pell i
mitjançant el refredament del cos a través de la suor.
L'aigua és el component principal del cos humà: normalment representa
més del 60% del pes corporal en homes adults, i és lleugerament inferior,
un 50-55% en dones, a causa de la seva proporció més alta de greix
corporal. El cervell i els músculs són aproximadament un 75% aigua; la
sang i els ronyons un 81%; el fetge un 71%; els ossos un 22% i el teixit
adipós un 20%.
Figura 1: Percentatge d’aigua al cos humà
Font: http://www.feec.org/Noticies/noticia.php?noti=486
9
La major part de l'aigua del cos es troba a l'interior de les cèl·lules
(aproximadament dues terceres parts), i la resta circula per l'espai
extracel·lular o espai entre les cèl·lules (espai intersticial) i el plasma
sanguini.
La quantitat d'aigua total del cos i l'equilibri entre la ingesta i la pèrdua
d'aigua estan controlats homeostàticament mitjançant mecanismes que
modifiquen les vies d'excreció i estimulen el consum (set).
El cos necessita aigua per sobreviure i funcionar. Els humans només
poden sobreviure uns pocs dies sense beure aigua depenent del clima,
els nivells d'activitat i altres factors, mentre que es pot sobreviure sense
altres nutrients durant setmanes o mesos. Tot i que l'aigua sovint es tracta
de manera una mica trivial, cap altre nutrient és tan essencial o necessari
en quantitats tan elevades.
Una adequada hidratació és essencial per a la salut i el benestar. Tota
cèl·lula del cos humà necessita aigua. La hidratació és el pilar fonamental
de les funcions fisiològiques més bàsiques, com ara la regulació de la
tensió arterial i la temperatura corporal, la hidratació i la digestió.
A continuació es presenten alguns dels beneficis més importants de la
hidratació (Kolasa, K.M., Lackey, C.J. & Grandjean, A.C, 2009):
Cervell: Una adequada hidratació és important per a un
funcionament correcte del cervell. Quan estem adequadament
hidratats, les cèl·lules del cervell reben sang oxigenada i el cervell
es manté alerta. La deshidratació lleu, que significaria una pèrdua
d'aigua que portaria a reducció del pes corporal d'un 1 o 2%, pot ja
afectar la capacitat de concentració. Una pèrdua de més d'un 2%
del pes corporal a causa de la deshidratació pot afectar la capacitat
de processament del cervell i la memòria a curt termini.
Cèl·lules: La hidratació del cos és important per transportar hidrats
de carboni, proteïnes, vitamines, minerals i altres nutrients
10
essencials, així com oxigen a les cèl·lules. D'aquesta manera, les
cèl·lules són capaces de produir l'energia necessària per a un bon
funcionament del cos. A més, la hidratació facilita l'eliminació de
residus o substància de desfet de les cèl·lules produïts en els
processos metabòlics, permetent una funció química cel·lular
adequada.
Aparell digestiu: La hidratació juga un paper important en la
digestió del menjar i en l'absorció de nutrients en el sistema
gastrointestinal. L'aigua és necessària en la dissolució de nutrients
perquè aquests puguin ser absorbits per la sang i transportats a les
cèl·lules. Una hidratació insuficient farà que el procés digestiu sigui
més lent i una mala hidratació crònica pot produir restrenyiment, ja
que es rellenteix la velocitat del pas de la fem a través del tracte
intestinal.
Cor: Els líquids són importants per al funcionament del cor i una
bona regulació del balanç d'aigua és essencial per mantenir la
tensió arterial dins d'uns límits saludables. La deshidratació redueix
el rendiment cardíac, cosa que pot augmentar la taxa cardíaca i
causar una baixada de tensió. El sistema circulatori proveeix d'una
quantitat constant d'oxigen al cervell, als músculs i a la resta de
teixits.
Ronyons: El consum adequat d'aigua és essencial perquè els
ronyons funcionin bé, ajudant-los a eliminar residus i nutrients
innecessaris a través de l'orina. Els ronyons regulen els nivells
d'aigua del cos augmentant o reduint el flux d'orina. Els ronyons
també controlen els nivells normals de sodi i altres electròlits. Els
ronyons d'una persona sana hidratada de forma adequada filtren
aproximadament 180 litres de líquids cada dia: evidentment la
major part d'aquesta aigua ha de ser reabsorbida per evitar que el
cos perdi quantitats excessives.
Muscles i articulacions: L'aigua actua com un lubrificant per als
músculs i les articulacions: ajuda a protegir les articulacions ja que
11
els músculs funcionin correctament. Els músculs i les articulacions,
juntament amb els ossos, són necessaris per estar dret, per seure,
moure i realitzar totes les activitats diàries. Entre un 70 i un 75% del
múscul està compost d'aigua. El manteniment d'un balanç adequat
d'aigua és essencial per a un funcionament òptim dels músculs i un
bon rendiment físic.
Pell: La pell constitueix una barrera contra agents patògens i
contribueix a prevenir el desenvolupament de processos
infecciosos i al·lèrgics. Una adequada hidratació ajuda a humitejar
els teixits del cos i a preservar l'elasticitat, suavitat i color de la pell.
Temperatura: L'aigua corporal juga un paper important com
termoregulador, regulant la temperatura global del cos mitjançant la
dissipació de la calor. Si el cos s'escalfa massa, perd aigua a
través de la suor i l'evaporació d'aquest en la superfície de la pell
dissipa la calor del cos. La suor és la forma més efectiva de
prevenir el sobreescalfament del cos. La hidratació és el procés
que restitueix les pèrdues d’aigua del nostre cos i retorna l’equilibri
necessari per a un bon funcionament orgànic en general.
2.2. LA DESHIDRATACIÓ
La deshidratació és un greu problema de salut (potencialment mortal) que
apareix quan l'excreció de líquids excedeix el seu consum.
Durant l’exercici físic s’accentua de forma notable la pèrdua d’aigua
corporal pels mecanismes de sudoració.
Aquest procés s’anomena deshidratació, és a dir, la disminució de la
quantitat d’aigua de l’organisme com a resultat d’un desequilibri entre
l’aportació i les pèrdues d’aigua i sals.
12
“A mesura que es perd aigua per la transpiració, el volum de sang
disminueix, reduint-se la circulació al teixit cutani (impedint que la
calor es dissipi) i al teixit muscular, on es necessiten nutrients i
oxigen.
Una pèrdua de líquid per la transpiració de només el 2% del pes
corporal, pot representar fins i tot una disminució del rendiment
esportiu d'un 20%.
Els primers símptomes de deshidratació són: malestar generalitzat,
cansament, mal de cap i apatia. Una pèrdua de líquid del 5% del
pes corporal genera com a conseqüència rampes musculars i
finalment un enorme cansament a causa de la calor, que es
caracteritza per un pols ràpid i feble i l'aparició de febre.”
Dr. Daniel Brotons, Metge especialista en medicina esportiva i de la
selecció catalana de curses de muntanya de la FEEC
El que el nostre cos necessita per rehidratar-se és aigua exclusivament, i
les sals minerals que l’acompanyen. Existeix la possibilitat de millorar el
procés d’hidratació amb begudes anomenades isotòniques.
S’anomenen begudes isotòniques a aquelles que gaudeixen d’una gran
capacitat de rehidratació. La seva composició pot ser diversa, però
fonamentalment inclouen proporcions de sals minerals (clorur sòdic,
bicarbonat sòdic, potassi, etc.) que afavoreixen una ràpida absorció i
regeneració de l’equilibri del sistema hídric del nostre cos.
Per als esportistes que realitzen exercicis de llarga durada i molt
extenuants (curses ciclistes, maratonians, etc...), és habitual afegir a
l’aigua hidrats de carboni (sucres) amb la finalitat d’anar restituint els
nivells de glucosa en sang i restituir les reserves de glicogen muscular
necessàries per mantenir la contracció muscular i altres funcions
orgàniques.
13
Quan la deshidratació és d’un 1% de l'aigua del cos, apareix la sensació
de set.
L'hormona antidiürètica(ADH), és l’encarregada de regular el volum
d’aigua a l’organisme. Fa que els ronyons conservin aigua del cos
mitjançant la concentració d'orina i la reducció del seu volum, estimulant la
reabsorció d'aigua.
Quan la deshidratació es torna més extrema, el ronyó falla i ja no produeix
més orina, amb la qual cosa els desfets es van acumulant.
La deshidratació i els seus símptomes desapareixen al cap de mitja hora
o una hora després d’haver begut aigua, sense cap limitació, fins i tot amb
deshidratacions de fins al 10% del pes corporal.
El grau de deshidratació depèn de diversos factors:
De la intensitat i durada de l'exercici.
De l’estat físic de l’esportista i el seu grau d’entrenament.
De la temperatura i humitat ambientals
De la vestimenta que es porta. La vestimenta ha de ser adequada,
lleugera i transpirable a fi que ajudi a evacuar l’excés de calor
corporal.
La idea que suar més ajuda a perdre pes, és falsa. Es perd pes per
l’energia que es consumeix, és a dir, per la quantitat d’exercici realitzat.
Tot el pes d’aigua perdut durant l’exercici per sudoració es recupera
bevent en acabar.
La gent que aplica aquesta estratègia equivocada pateix un procés de
deshidratació innecessari i perjudicial per al seu organisme que, fins i tot,
pot arribar a ser perillós.
Per la pràctica d’exercici, no cal esperar a tenir set per beure. És
convenient beure abans de començar, durant el temps que duri l’esforç i
després per recuperar.
14
Per estar ben hidratat durant l’exercici físic es aconsellable:
Beure 600 ml d'aigua entre 1 i 2 hores abans de l'exercici.
15 minuts abans de l'activitat uns altres 300-450 ml.
Prendre entre 100 i 150 ml d’aigua a intervals de 10-20 minuts
durant aquells exercicis que durin més de mitja hora.
L'aigua entre 8ºC i 12ºC s'absorbeix ràpidament i ajuda a reduir la
temperatura corporal.
Les begudes alcohòliques no són adients ni recomanades per a la
hidratació. Una beguda amb més del 2% d’alcohol no és adequada.
Les begudes alcohòliques són diürètiques. Una substància diürètica és
aquella que al ser ingerida provoca una eliminació d'aigua i sodi en
l'organisme, a través de la orina. Aquesta circumstància es dona perquè
l’alcohol inhibeix l’acció de l’hormona antidiürètica, encarregada de regular
els nivells d’aigua en el cos.
Per tant, les begudes alcohòliques no són recomanables per la
rehidratació ja que afavoreixen la pèrdua d’aigua en el cos humà per la via
de l’orina.
2.3. EL MECANISME DE LA SUOR I LA SEVA
RELACIÓ AMB LA DESHIDRATACIÓ
2.3.1. LA SUOR: DEFINICIÓ I FUNCIONS
La suor és un líquid transparent produït per les glàndules sudorípares
situades en el teixit subcutani, és a dir, a sota de les capes superficials de
la pell, i està format per aigua, sals minerals i toxines (substàncies de
15
rebuig), de manera que la seva composició és similar a la de l'orina. És
transportat per conductes excretors perquè surti a la superfície, donant
lloc a la sudoració (Cheshire, WB., 2011).
Encara que en ocasions pot incloure alguns compostos aromàtics que
provenen dels aliments, la suor bàsicament no té olor. Per això, hem
d'assenyalar que el desagradable aroma que se li sol atribuir apareix, més
aviat, quan entra en contacte amb diversos microorganismes que habiten
a la pell.
La suor compleix tres funcions:
1. La funció primària és la regulació de la temperatura corporal
(termoregulació)
Consisteix en refrigerar el cos quant hi ha un excés de temperatura
corporal mantenint la nostra temperatura interna al voltant dels 37 ºC (Es
considera temperatura normal entre 36,5 i 37,2. Més de 38 ºC és
símptoma de malaltia.)
Quan la temperatura corporal augmenta, ja sigui perquè es realitza
exercici físic o perquè la temperatura ambient és alta, les glàndules
sudorípares segreguen la suor.
L'aigua de la suor s'evapora per efecte de la calor del cos i, d'aquesta
manera, absorbeix calor del cos produint un efecte refrigerant.
L’evaporació d’un litre de suor significa la pèrdua de 539 Kcal.
2. Excreció i eliminació de productes metabòlics:
L’excreció és el procés biològic mitjançant el qual eliminem substàncies
de rebuig del nostre organisme que han estat ingerides per l’alimentació o
produïdes pel nostre metabolisme.
3. Una funció protectora:
16
Quan la suor, que és àcida, es barreja a la superfície de la pell amb el sèu
o greix procedent de les glàndules sebàcies, dóna lloc a la capa hidra
lipídica o emulsió epicutània. Aquesta emulsió evita que la pell s’assequi i
es mantingui flexible, donant-li una certa impermeabilitat que evita la
penetració de substàncies patògenes externes.
2.3.2. COMPONENTS DE LA SUOR
La suor és una solució hidrosalina i estèril composta fonamentalment de:
Aigua, en un 99%.
Substàncies sòlides inorgàniques, un 0,60%, en forma de sals
minerals.
Substàncies orgàniques (urea, àcid úric, amoníac...) en proporció
d’un 0,40%
La concentració de sals minerals a la suor és el que li dóna un gust salat
i el que provoca l’aparició de taques i cercles blancs a la roba després de
suar abundantment, especialment visibles si la roba és de color fosc.
2.3.3. QUAN I COM ES PRODUEIX LA SUOR?
Els humans tenim fins a quatre milions de glàndules sudorípares
distribuïdes per tot el cos. Tres milions d'elles són glàndules ecrines i la
resta son apocrines (Navarro, 1992). Les glàndules ecrines es troben
distribuïdes per la pell de quasi tot el cos, però predominen al front, als
palmells de les mans i a les plantes dels peus. La seva funció principal és
regular la temperatura corporal i comencen a ser actives des del moment
del naixement.
17
El milió restant de glàndules sudorípares són apocrines. Les glàndules
apocrines estan associades al fol·licle pilós i desemboquen al mateix
porus de les glàndules sebàcies. Inicien la seva secreció a la pubertat i es
concentren a les aixelles i a la zona perineal (sexe i anus), i altres zones
menors. La suor de les glàndules apocrines és més espessa que la
produïda per les glàndules ecrines i deixa un residu sòlid de proteïnes,
sucres, amoníac i lípids. Aquestes glàndules no participen de manera
significativa en la regulació de la temperatura corporal, ja que el volum de
la seva secreció és petit.
Un cop aclimatada a l'ambient, una persona pot arribar a produir diversos
litres de suor a l'hora o fins a deu litres per dia.
Figura 2: La suor
Font: http://www.donagiraffa.com
En els animals, la suor apocrino conté feromones essencials per al festeig
i la reproducció; el seu paper en els humans no està clar.
El centre de regulació de la temperatura corporal es troba en l'hipotàlem,
que controla la producció de suor i el flux de sang a la pell.
L'hipotàlem integra la informació provinent dels termoceptors interns
(localitzats a la medul·la espinal, nuclis del rafe, formació reticular...) i
externs (localitzats en la pell) emetent una resposta per augmentar o
disminuir la temperatura corporal (Guyton, 1997).
18
Davant situacions de calor el sistema termostàtic hipotalàmic utilitza tres
mètodes per baixar la temperatura:
1. Vasodilatació cutània.
2. Estimulació de la producció de suor el qual s'evapora produint
pèrdua de calor.
3. Inhibició de la termogènesis química en el greix.
A més cal tenir en compte que la sudoració no només està controlada per
estímuls tèrmics (sudoració termorregulatoria) sinó que també existeix un
component de control emocional (sudoració emocional) regulada pel
còrtex cingulat anterior i el sistema límbic, amb major expressió sobre
certes zones cutànies (cara, aixelles, palmells i plantes) on estimula la
sudoració i produeix vasoconstricció (en lloc de vasodilatació) (Schlereth
et al; 2009). Així doncs, podem dir que l'hipotàlem no només respon
davant canvis en la temperatura corporal sinó també davant les
hormones, factors externs, activitat física i emocions. Es creu que tant les
emocions com l'activitat física afecten la regulació de temperatura a través
del sistema límbic.
Pel que sembla, les glàndules sudorípares en els palmells de les mans i
plantes dels peus s'activen sobretot mitjançant estímuls emocionals,
mentre que la suor axil·lar respon tant a factors emocionals com de
temperatura.
Es creu que la suor emocional és un vestigi evolutiu, que complia una
funció important a l'hora de caçar animals o lluitar contra enemics. La suor
en els palmells de les mans i plantes dels peus pot millorar la fricció
mitjançant el control de la humitat de la pell, el que proporciona un millor
adherència. A més, la sudoració generalitzada refreda el cos en
preparació a una activitat física intensa.
19
2.3.4. LA SUOR I LA SEVA RELACIÓ AMB
L'ENERGIA I L'ESFORÇ FÍSIC
El cos humà és una vertadera màquina de transformació d’energia. Les
activitats que tenen lloc en el nostre organisme es realitzen transformant
l’energia química dels aliments en altres manifestacions energètiques.
Una d’aquestes manifestacions és l’energia dinàmica que es desenvolupa
en els nostres músculs.
Quan fem exercici muscular es desprèn energia en forma de calor
(energia tèrmica) i si l’esforç muscular és exagerat, el despreniment de
calor també ho és.
A aquest fet es deu que ens sentim acalorats desprès de realitzar una
activitat física intensa (un partit de futbol, una cursa, etc.).
Fent exercici físic suem, la suor compleix, entre d’altres, la funció de
regular la temperatura corporal: el suor (fred) absorbeix energia tèrmica
del cos (calent) en forma de calor.
Al moure’t vas generant energia. El 75% d'aquesta energia és calòrica i el
25% mecànica. Tota la calor generada ha de ser evacuada de manera
que es traslladi a la pell amb la finalitat de ser eliminada. La suor és el
mecanisme més important que tenim per eliminar calor, i en major mesura
ho és quan la temperatura exterior és més alta que la corporal.
Els factors que afecten a l'energia tèrmica que genera o perd el nostre cos
són els següents:
- Radiació: més de la meitat de la pèrdua de calor del cos en una
habitació a temperatura ambient normal (22 ° C), és per radiació en forma
de raigs infrarojos. El cos humà n'emet en totes les direccions, però també
les parets i altres objectes irradien cap al cos. Si la temperatura corporal
és major que la temperatura del medi que l'envolta, una major quantitat de
20
calor és irradiada del cos cap a l'ambient i viceversa. La transferència de
calor és proporcional a l'àrea del cos. Aquest mecanisme està vinculat
amb el flux sanguini de la pell.
- Conducció: el flux de calor des d'un objecte cap a un altre, amb el qual
està en contacte, se li crida conducció. L'organisme perd poca calor cap
als objectes per conducció directa (aproximadament 10-15%). Per
exemple, quan un ciclista s'asseu, ràpidament la calor és conduït des de
la pell cap al sillí, el mateix succeeix amb la sola de les sabatilles o les
peces de vestir quan encara no estan temperades a la calor corporal. A
l'aconseguir la conducció un valor proper a la temperatura superficial de
l'individu, actua llavors com a aïllant i evita major pèrdua de calor. Aquesta
és la base en la qual es recolzen les peces tèrmiques per oferir un elevat
grau d'aïllament.
- Convecció: la cessió de calor des del cos per corrent d'aire o líquid se li
denomina pèrdua de calor per convecció. A causa de la tendència de l'aire
proper a la pell a elevar-se quan s'escalfa, i ser substituït per aire a menor
temperatura, un individu elimina entre un 12 i un 15% de calor per
convecció en una habitació a temperatura ambient (a 22 ° C ) i sense
corrent d'aire. Quan el cos és exposat al vent, la capa d'aire immediata a
la pell és reemplaçada ràpidament per aquest fenomen, augmentant la
pèrdua de calor addicional per conducció. Aquesta és la raó per la qual
ens quedem congelats en ple estiu quan baixem un port, ja que el vent
frega, de manera constant, contra la nostra pell.
- Evaporació: per cada gram d'aigua evaporada des de la superfície
corporal es perden 0,6 calories. La pèrdua insensible d'aigua (perspiració,
respiració) determina una cessió de calor de 360 calories per dia. La
pèrdua de calor per evaporació, que és aproximadament 25%, està
principalment regulada mitjançant la sudoració. En un ambient humit,
l'evaporació pot estar disminuïda a causa de que la suor roman en estat
líquid. L'absència de moviment d'aire redueix l'evaporació efectiva; l'aire
21
local queda saturat de vapor d'aigua i es limita l'evaporació ulterior.
També es produeix evaporació de forma insensible a través dels pulmons.
- Respiració: quan el ritme cardíac s'accelera com a conseqüència de
l'exercici físic, una de les maneres que té el nostre organisme
d'intercanviar temperatura és incrementant l'evaporació mitjançant
l'acceleració de la respiració.
La Figura 3 recull de forma gràfica tots aquests factors:
Figura 3: Factors que afecten a l’energia tèrmica
Font:http://www.ciclismoafondo.es/entrenamiento/preparacion-fisica/articulo/la-
termorregulacion
Tots aquests factors són imprescindibles quan volem detallar la quantitat
d'energia que genera o perd el nostre cos a través de la pell ja que, per
exemple, un cos sotmès a la radiació solar directa (a les 12 del matí a la
línia de l'equador) pot recollir fins a 1 Kw/h (una cosa així com la calor que
produeix una estufa elèctrica de 1.000 watts) per cada metre quadrat de
superfície que ocupi la seva pell. En aquestes condicions, mantenint un
ritme esportiu moderat, podem estar cremant unes 1.000 quilocalories
22
cada hora, la qual cosa suposarà una pèrdua de líquid del voltant d'1 litre
d'aigua en una persona d'uns 65 quilos de pes corporal.
El balanç energètic en què es basa el nostre mecanisme biològic de
termoregulació es recolza en dos fenòmens orgànics que permet la
fisiologia del cos humà: la termogènesi (absorció de calor) i la termòlisi
(pèrdua de calor).
La calor corporal es produeix de manera contínua per l'activitat
metabòlica; la producció de calor durant el son és mínima i augmenta per
activitat muscular. Per mantenir una temperatura constant la quantitat de
calor que es perd s'ha d'ajustar a la quantitat de calor que es produeix:
aquest és l'equilibri perfecte del mecanisme de la nostra termoregulació.
Aquest procés troba alguns inconvenients a causa de les variacions
tèrmiques del medi.
Quan la temperatura central del cos augmenta per sobre del nivell crític,
es produeix un increment de la pèrdua de calor (termòlisis) mitjançant
evaporació (sudoració). Un augment addicional d'1°C de la temperatura
corporal provoca suficient sudoració per eliminar 10 vegades la producció
basal de calor del cos. Molts animals inferiors tenen escassa capacitat de
perdre calor per la seva superfície corporal a causa de que la seva
superfície presenta un pelatge important i perquè la majoria no presenten
glàndules sudorípares, el que evita la major part de la pèrdua mitjançant
l'evaporació de la calor a la pell, per tant utilitzen un mecanisme
substitutiu, el mecanisme del panteix regulat pel centre del panteix que
produeix un augment de la freqüència respiratòria amb una respiració molt
superficial que col·labora amb la ràpida evaporació de l'aigua de les
superfícies mucoses, especialment la saliva a la llengua.
Des d'un punt de vista pràctic hem d'identificar en el nostre propi cos en
quina fase de regulació tèrmica ens trobem, ja que, actuant en
conseqüència, podem millorar la nostra condició esportiva.
23
Posem com a exemple un cicle d'exercici extrem, com és el cas d'ascendir
un port de muntanya en bicicleta.
Si comencem a pedalar des d'un estat de repòs total, l'esforç es va
incrementant a mesura que superem cada metre de desnivell. L'evolució
del nostre desplaçament produeix increment de la temperatura a causa
del treball muscular, la sudoració no triga a aparèixer i, com l'esforç
supera el nostre llindar aeròbic, produïm més quantitat de suor del que
podem evaporar. La respiració és accelerada i perdem gran quantitat de
líquid.
En arribar al cim el treball muscular perd intensitat, el ritme cardíac i la
respiració s'estabilitzen i cessa la sudoració. En aquest moment és de
vital importància que la radiació que produeix la nostra pell estigui
equilibrada amb una possible radiació solar, de manera que el balanç
s'aproximi a una pretesa neutralitat, en cas contrari es produeix un efecte
de refrigeració cutània que pot desembocar en un principi d'hipotèrmia.
En iniciar el descens es redueix, de manera notable, el nostre esforç
muscular, la refrigeració per convecció és elevada i, en evaporar la
humitat de la nostra pell de manera dràstica. En aquesta situació, és més
que probable que, si no hem triat adequadament la nostra roba de
protecció patim un estat d'hipotèrmia.
La Figura 4 mostra de forma gràfica les diferents fases de regulació
tèrmica per exercici.
24
Figura 4: Fases de regulació tèrmica per exercici.
Font:http://www.ciclismoafondo.es/entrenamiento/preparacion-fisica/articulo/la-
termorregulacion
De tots els mecanismes biològics de regulació tèrmica corporal, el més
espectacular és el de la sudoració. És el camí més ràpid que tenim per
regular la temperatura dels òrgans interns, utilitzant la superfície de la pell
com panell de transferència tèrmica.
Quan sorgeix el treball muscular intens, l'increment de la temperatura
mecànica es dispara. En aquest moment el nostre centre de control posa
a funcionar les glàndules sudorípares i la nostra pell es cobreix d'una capa
d'humitat. Ara entren en joc la convecció i la conducció: l'aire que ens
envolta té menys grau d'humitat que la nostra pell i es produeix la
transferència: el resultat tèrmic d'aquest transvasament és el refredament
de l'epidermis que, de manera instantània es comunica amb els nostres
òrgans interns.
25
2.4. ELS SISTÈMES TRADICIONALS DE
MESURA DE LA DESHIDRATACIÓ
Existeixen diferents motius per avaluar l'estat d'hidratació i el mètode a
triar dependrà de la població d'interès, del grau de precisió necessari, de
les instal·lacions i els coneixements i experiència que es disposi, així com
dels aspectes pressupostaris.
L'estat d'hidratació pot mesurar-se per diferents finalitats:
En el laboratori d'anàlisi, per avaluar els efectes de diferents
begudes isotòniques, dietes o sessions d'entrenament
En l'àmbit clínic, per assegurar el benestar dels pacients
En l'àmbit militar, per assegurar que el personal és capaç d'exercir
els seus actes de servei mantenint un bon estat de salut
En els esdeveniments esportius importants, per procurar que els
esportistes desenvolupin tota la seva capacitat
Al domicili, per comprovar si algun membre de la família,
especialment els ancians i els nens, beuen prou.
Resulta difícil mesurar l'estat d'hidratació perquè es tracta d'un procés
dinàmic, és a dir, es modifica de forma constant i varia en cada individu.
Al laboratori, les pèrdues de suor i les taxes de sudoració poden mesurar-
se utilitzant diverses tècniques sofisticades. La forma més habitual per
controlar la pèrdua de suor dels atletes és mesurant els canvis en la
massa corporal, amb les correccions fetes per la ingesta de líquids o
aliments, així com les pèrdues d'orina.
En el seguiment dels canvis en la massa corporal, els atletes han de
pesar-se abans de l'entrenament amb la roba mínima. Immediatament
després de l’entrenament, han de pesar-se de nou. El pes de qualsevol
aliment o líquid consumit han d’afegir-se al canvi calculat en la massa
corporal, les pèrdues d'orina abans estimades es resten. Això
26
proporcionarà estimació de les pèrdues de suor durant tota la sessió. La
divisió de la pèrdua total de suor per la durada de l'exercici proporcionarà
una estimació de la taxa de pèrdua de suor (Nota: Cada quilogram de
pèrdua de pes és aproximadament igual a un litre de dèficit de líquid).
Per exemple:
Pes abans de l'exercici: 55 kg
Pes post-exercici: 53,5 kg
Volum de líquid consumit durant l'exercici (1 L): 1 kg
Pèrdues d'orina estimats: 500ml
La durada de l'exercici : 2 hores
Càlculs:
Dèficit de líquid (L) = 55 kg - 53,5 kg = 1,5 kg
Pèrdua total de la suor (L) = 1,5 kg + 1 kg - 500 ml = 2 kg
Taxa de sudoració (L / h) = 2 kg / 2h = 1 L / h
Els efectes fisiològics que pot patir l’atleta segons el percentatge de
pèrdua de massa muscular que li hagi originat la seva activitat poden tenir
unes conseqüències molt severes sobre el seu rendiment físic, fins portar-
li a situacions que poden tenir uns efectes molt traumàtics, tal i com es
recull a la Taula 1:
27
Taula 1
Efectes de la deshidratació
Font: Cheuvront and Kenefick, 2014.
Com es pot veure de la taula anterior, una hidratació adequada és
important per a la salut i el benestar. Fins i tot petites pèrdues d'aigua
corporal poden afectar de forma negativa al múscul quant a la força, la
resistència i la captació màxima d'oxigen.
Tot i que la mesura de canvis de massa corporal és el sistema més
habitual, existeixen altres sistemes que permeten mesurar l’estat de la
hidratació d’un individu.
28
A continuació es relacionen altres sistemes tradicionals de mesura de la
deshidratació (Kavouras, 2002) :
a) Anàlisi de Sang
És fàcil obtenir mostres de sang, on el líquid es troba tant en els
eritròcits (intracel·lular) com en el plasma (extracel·lular). Les
variacions del volum i la composició de la sang reflecteixen les
variacions de l'estat d'hidratació. Les anàlisis de sang emprats per
avaluar el grau d'hidratació solen incloure el següent:
Concentració d'hemoglobina i hematòcrit
Concentració de sodi
Osmolalitat (mesura de la concentració de solut)
b) Anàlisi d’Orina
També és fàcil obtenir mostres d'orina, encara que la recollida
d'orina de 24 hores pot resultar molesta per a algunes persones, ja
que l'organisme necessita eliminar diàriament l'excés de solut, els
ronyons responen a les variacions de l'estat d'hidratació
augmentant o disminuint el volum d'orina que produeixen. Això
contribueix a mantenir el volum sanguini total dins de la normalitat i,
per tant, la pressió arterial. Els anàlisis d'orina emprats per avaluar
el grau d'hidratació poden ser els següents:
Osmolalitat
Densitat
Conductivitat
Color
Volum
Freqüència
L'examen del color de l'orina s'empra en molts àmbits. Aquest
paràmetre ve determinat fonamentalment per la quantitat de
29
urocrom que conté l'orina. El color és molt clar quan es produeixen
volums grans d'orina i aquesta es troba diluïda. En canvi, el color
és fosc quan els volums d'orina són petits i aquesta es troba
concentrada. Per tant, l'examen del color de l'orina es considera un
mètode acceptable per calcular l'estat d'hidratació en els àmbits
esportius i laborals si no fa falta un alt grau de precisió en la
mesura .
c) Anàlisi de Saliva
El flux, la osmolalitat i la composició de la saliva s'han reconegut
com a possibles marcadors de l'estat d'hidratació. La osmolalitat de
la saliva augmenta en els casos de deshidratació aguda (pèrdua
del 4 % de la massa corporal) provocada per l'activitat física en
ambients càlids; no obstant això, existeix una gran variabilitat quant
a la resposta dels individus. Així mateix, la osmolalitat de la saliva
pot veure's modificada per una esbandida bucal de curta durada
amb aigua, fet que ho converteix en un marcador poc fiable de
l'estat d'hidratació.
Si bé és important controlar el grau d'hidratació per promoure la salut i el
benestar, fer-ho no resulta senzill des del punt de vista pràctic a causa
que l'estat d'hidratació és un procés dinàmic i a les diferències que
existeixen quant a la resposta dels individus enfront del guany i la pèrdua
de líquids. Sovint fa falta disposar de més d'una mesura de l'estat
d'hidratació per donar una indicació precisa, encara que els mètodes
visuals, com la diüresis i el color de l'orina, podrien ser suficients en
l'àmbit domiciliari.
30
2.5. ÚLTIMS AVENÇOS TECNOLÒGICS PER
LA MESURA DE LA DESHIDRATACIÓ: ELS
SENSORS QUÍMICS
2.5.1. ELS SENSORS QUÍMICS
Un sensor és un dispositiu capaç de detectar magnituds físiques o
químiques, anomenades variables d'instrumentació, i transformar-les en
variables elèctriques o òptiques. Els sensors químics i bioquímics aporten
informació sobre qualsevol canvi que es produeixi en el seu entorn tant
físic (temperatura, pressió, acceleració, vibració, camp electromagnètic,
radiació, deformació, ...) com a químic (nivells de gasos, acidesa i humitat,
entre altres). Els sensors s'utilitzen en múltiples objectes d'ús quotidià,
com per exemple els botons sensibles al tacte de l'ascensor (sensor
tàctil), i són innombrables les aplicacions de les quals la majoria de les
persones mai en som conscients (en aeronàutica, automoció...). En
general, els sensors bioquímics s'han utilitzat tradicionalment al servei de
la medicina, però avui dia les seves aplicacions beneficien a tot tipus de
sectors, com l'alimentari, farmacològic, cosmètic, mediambiental i
qualsevol producció industrial.
Un sensor és un objecte que té la finalitat detectar esdeveniments o
canvis en el seu entorn, i després proporcionar una sortida corresponent.
Els sensors poden proporcionar diversos tipus de sortida, però típicament
són senyals elèctrics o òptics.
El progrés tecnològic permet cada vegada més que els sensors puguin
ser fabricats a escala microscòpica, com microsensors. En la majoria dels
casos, un microsensor arriba a una velocitat significativament més alta i
de major sensibilitat en comparació amb els enfocaments macroscòpics.
La micro i nanofabricació -juntament amb la incorporació de la fibra òptica
31
i microxips com a elements sensors- està permetent realitzar dispositius
cada vegada més petits, amb més alta sensibilitat i més especificitat,
portant els resultats que s'obtenen en laboratori a la realització de
mesuraments de control de processos en diferents entorns industrials o
naturals.
Un sensor químic és un dispositiu analític autònom que pot proporcionar
informació sobre la composició química del seu entorn. La informació es
proporciona en forma d'un senyal física mesurable que es correlaciona
amb la concentració de certes espècies químiques (denominades
“analyte”2). Dos passos principals estan involucrats en el funcionament
d'un sensor químic: el reconeixement i la transducció. En l'etapa de
reconeixement, les molècules d'analyte interactuen selectivament amb les
molècules receptores o dels llocs inclosos en l'estructura de l'element de
reconeixement del sensor. En conseqüència, un paràmetre físic
característic varia i aquesta variació s'informa per mitjà d'un transductor
integrat que genera el senyal de sortida. Un sensor químic basat en el
material de reconeixement de la naturalesa biològica és un biosensor. La
distinció entre un biosensor i un sensor químic estàndard és supèrflua. Els
materials biomimètics típics utilitzats en el desenvolupament de sensors
són polímers i aptàmers d’empremta molecular.
Actualment existeix una clara manca de sensor químics per a la
monitorització de la suor en temps real. De fet, la mesura vàlida de
referència (“Gold Standard1”) consisteix en aplicar sobre la pell apòsits
absorbents estèrils que permeten quantificar en una superfície
determinada el volum de suor. D’aquesta manera, no hi ha una
metodologia que permeti analitzar el patró de suor durant l’exercici, ja
que, el mètode tradicional només permet aportar dades del volum en
acabar l’exercici.
2 Un analiyte o component (en química clínica), és una substància o producte químic constituent
que és d'interès en un procediment analític.
32
2.5.2. EL CONCEPTE WEARABLE
Wearable fa referència al conjunt d'aparells i dispositius electrònics que
s'incorporen en alguna part del nostre cos interactuant contínuament amb
l'usuari i amb altres dispositius, amb la finalitat de realitzar alguna funció
específica: rellotges intel·ligents o smartwatchs, sabatilles d'esports amb
GPS incorporat i polseres que monitoritzen el nostre estat de salut són
exemples, entre uns altres, d'aquest tipus tecnologia que es troba cada
vegada més present en les nostres vides.
La paraula wearable té una arrel anglesa: la traducció significa "portable"
o "vestible". En l'argot tecnològic fa referència a ordinadors corporals o
portables amb l'usuari.
La tecnologia wearable fa referència a tots els productes que incorporen
un microprocessador i que utilitzem diàriament formant part de nosaltres.
Dins d'aquesta definició no considerem wearable a la nostra televisió del
saló, o la cafetera, ja que, encara que siguin dispositius electrònics que
posseeixen microprocessadors i els usem diàriament, no formen part de
nosaltres, atès que no són "portables" o "vestibles". En canvi, les lents,
ulleres, polseres, rellotges o peces de vestir, esdevenen productes
wearables si els afegim un o diversos microprocessadors electrònics.
Podem datar els orígens de la tecnologia wearable en la dècada de 1970,
però no ha estat fins a la dècada del 2010 quan aquesta tecnologia ha
evolucionat prou per poder atreure un ampli ventall de consumidors. La
tecnologia wearable és el següent pas entre la fusió de l'home i el
microprocessador.
33
2.5.2.1. Aplicacions dels wearable
La tecnologia wearable es troba present en un ampli ventall de sectors
que satisfan les nostres necessitats i desitjos, amb la finalitat d'augmentar
la nostra qualitat de vida. Milloren, per exemple, la salut dels pacients, la
seguretat de les persones que s'exposen a certs riscos en el seu treball
diari, o l'entrenament dels esportistes que es preparen per a una
competició.
A continuació exposem una sèrie d'exemples de dispositius wearable i les
aplicacions en què s'utilitzen:
Ulleres intel·ligents: la companyia Google és referent en la indústria
del desenvolupament i innovació en aquest nou tipus de tecnologia
amb els seus “Google Glass”. Les ulleres intel·ligents d'aquesta
companyia són manejades mitjançant l'ús d'instruccions
pronunciades amb la veu disposant d'una petita pantalla on es
mostra la informació sol·licitada, que permet fer fotos i gravar
vídeos en alta definició de tot allò que estiguem veient, consultar el
nostre correu electrònic, traduir a qualsevol idioma els cartells que
et trobis pel carrer o realitzar una videoconferència en directe ...
Accessoris i complements de modes com rellotges, anells i
polseres que s'encenen en identificar la teva empremta dactilar:
aquests complements digitals emmagatzemen tota la informació
sobre el teu estil de vida com els quilòmetres que camines durant
el dia, el ritme cardíac, els cicles de son, etc .... També poden
interactuar amb altres dispositius electrònics, podent obrir les
portes de casa, encendre el motor del cotxe, pagar les compres
sense necessitat de treure la targeta de crèdit, carregar i
descarregar tot tipus d'arxius com documents, imatges, vídeo ... tot
això amb un sol gest del braç.
La seguretat dels treballadors s'incrementarà gràcies a la
tecnologia wearable, a tall d'exemple actualment existeixen
34
casquets de bombers que controlen els nivells d'oxigen i la
temperatura que suporta el bomber durant els treballs d’extinció
dels incendis, a més de portar incorporats un localitzador GPS el
qual permet conèixer en qualsevol moment el punt exacte on
aquest es troba.
El sector tèxtil també ha sucumbit a aquesta nova forma de
tecnologia wearable, amb peces infantils que envien un senyal al
teu smartphone quan l’infant té febre, dessuadores amb “leds” que
t’il·luminen en carrers foscos mentre fas “running”, alhora que
comptabilitza els quilòmetres recorreguts, el ritme cardíac, les
calories cremades i el rendiment al llarg de tots els dies que
practiques esport, etc.
Els avenços en el camp de les wearables està permetent el
desenvolupament de nous dispositius que s'implanten dins el cos de
l'usuari. Sota aquesta filosofia s'estan desenvolupant sensors que
monitoritzen la quantitat de glucosa d'un pacient amb diabetis de tal
manera que un dispensador electrònic injecti automàticament la quantitat
d'insulina necessària; aquest mateix sensor prendria dades rellevants
sobre la salut del pacient els quals són enviats via internet als ordinadors,
tablets o dispositius de l'equip mèdic.
El futur de la tecnologia passa per aquesta nova concepció d'ordinadors
que ens acompanyen a tot arreu: el nostre cos estarà connectat
contínuament a sensors que prendran dades sobre la nostra salut i estat
físic. Sens dubte la tecnologia wearable ha arribat per quedar-se entre
nosaltres.
2.5.3. LA NANOCIENCIA I ELS WEARABLES
La nanociència i la nanotecnologia s'encarreguen d'aplicar la ciència i la
tecnologia a la nanoescala, aquesta altra dimensió on es mouen àtoms i
molècules molt més petites que un virus. Per veure el que passa en ella
35
no serveixen els microscopis comuns, són necessàries eines més
complexes, com els microscopis d'efecte túnel. La seva unitat de mesura,
el nanòmetre (nm), és la mil milionèsima part d'un metre. Per exemple, un
cabell mesura al voltant de 0,1 mil·límetres d'ample, que equival a
100.000 nanòmetres, una barbaritat si es compara amb la membrana
cel·lular que té un grossor de sol 10 nanòmetres.
Però, què passa en aquest nou món? "Les coses funcionen d'una manera
relativament normal fins que arribes a la nanoescala –segons explica
Bonifacio Vega, coordinador de Transferència de Tecnologia i
Desenvolupament Empresarial de la Fundació Institut Madrileny d'Estudis
Avançats en Nanociència (IMDEA) en el diari “el Periódico” el dia
18/01/2015 -, és una escala màgica on passen coses com en Alícia al
país de les meravelles: el que ha de baixar puja i els colors són diferents,
per exemple, l'or deixa de ser groc per convertir-se en vermell ".
La bona notícia és que les peculiaritats del món nano poden utilitzar-se
per aconseguir que els medicaments, els teixits o la tecnologia siguin més
eficients i menys contaminants. Per exemple, els pètals de la rosa es
componen d'una estructura nano formada per multitud de pelets que
converteixen la seva superfície en hidrofòbica (repel·leix l'aigua).
Aquestes propietats es poden imitar per aconseguir teixits impermeables
sense components que contaminin o materials que rebutgin la brutícia,
com finestres o façanes autonetejables.
Els avenços en nanotecnologia aplicada als teixits converteixen una
simple samarreta en un instrument per mesurar els fluids corporals. La
seva utilitat se centra en el sector esportiu i en el de la salut. El teixit
incorpora nanopartícules capaços d'analitzar l'orina, la suor, la sang o la
saliva. Imagineu-vos un pijama capaç d'alertar al seu amo diabètic sobre
una baixada de sucre en ple somni o un bolquer que analitza la
composició de l'orina i detecta problemes renals, pot ser molt útil en nens
prematurs i en ancians.
36
3. MARC EMPÍRIC
3.1. DISSENY DE LA RECERCA
En aquesta part del treball s’exposarà amb detall les pràctiques
realitzades durant els mesos de setembre a desembre del 2015 al Grup
d’Investigació de Quimiometría, Cualimetría i Nanosensors de la URV,
sota la direcció del Dr. Francisco Javier Andrade.
Per la part empírica d’aquest treball s’han establert dos objectius concrets:
1. La construcció d’un dispositiu que permeti detectar en temps real la
pèrdua d’aigua provocada per sudoració
2. Mitjançant l’aplicació del dispositiu, mesurar la pèrdua d’aigua
provocada per un esforç físic esportiu.
Per a la consecució dels objectius, la part experimental de la recerca es
desglossa en tres grans apartats:
- Descripció dels procediments i mètodes seguits, així com del
material i equipament utilitzat per a la construcció del sensor
- Desenvolupament de les proves de rendiment i mesura de la
deshidratació per sudoració
- Exposició i interpretació dels resultats obtinguts
Atès que es tracta d’una tecnologia que es troba encara en fase de
desenvolupament, i per tant, subjecte a temes de protecció intel·lectual i
industrial, en aquest moment no es possible ampliar la participació en
l’experimentació a persones de fora del grup de recerca. Conseqüentment
l’experimentació es realitza comptant amb la participació exclusiva de
l’autor d’aquest treball de recerca: noi de 16 anys d’edat, practicant
d’esport de forma habitual.
37
3.2. INSTRUMENTS UTILITZATS PER LA RECERCA
3.2.1. CONSTRUCCIÓ DEL NANOSENSOR QUÍMIC
Com no existeix en el mercat cap instrument que ens permeti obtenir
informació en temps real sobre la pèrdua d’aigua provocada per
sudoració, procedirem a la construcció en laboratori d’un sensor químic
específic per a tal objectiu.
3.2.1.1. Materials
Per a la seva confecció utilitzem els següents materials:
Paper de filtre
Pintura de nano tubs de carboni impregnada amb un pinzell
Pegament
Cinta adhesiva
Membrana de policarbonat amb un orifici al mig
Membrana de plàstic rígid
Compresa de cel·lulosa
Cable de coure
3.2.1.2. Procediment de construcció del nanosensor
El procés de construcció del nanosensor s’inicia impregnant el paper amb
la pintura de nano tubs de carboni, tal i com mostren les fotografies de la
Figura 5.
38
Figura 5: Paper tenyit amb nanotubs de carboni.
Font: Universitat Rovira i Virgili
A continuació, es superposa el paper a sobre de la membrana de plàstic
rígid, que mostra la fotografia de la Figura 6.
Figura 6: Membrana de plàstic rígid.
Font: Elaboració pròpia.
Es prenen dos cables de coure i es fiquen per sobre de la làmina de
paper, on es fixen amb un pegament especial, tot envoltant-lo amb una
cinta adhesiva.
39
Cal pressionar una mica per tal es solidifiqui el pegament i posteriorment
s’introdueix el material en un forn durant un temps aproximat de 10
minuts.
Finalitzat el temps de cocció, s’extreu del forn i s’afegeix per damunt de
les peces anteriors una la membrana de policarbonat, que es mostra a la
Figura 7, la qual ha de tenir un orifici al mig que permeti el contacte amb
la pell i per tant, la entrada de la suor. Es fixa aquesta membrana
novament amb cinta adhesiva.
Figura 7: Membrana de policarbonat
Font: elaboració pròpia.
El conjunt resultant ja es el sensor pròpiament dit, el qual queda
configurat tal i com es mostra a la Figura 8.
Figura 8: El Sensor
Font: elaboració pròpia.
40
El que cal fer a continuació es provar que el seu funcionament sigui
correcte. Per això, es connecta el sensor resultant a un multímetre
Bluetooth® , com el que mostra la Figura 9, per validar el seu
funcionament.
Figura 9: Multímetre Bluetooth
Font: elaboració pròpia.
Un cop comprovat el seu correcte funcionament, s’afegeix un tros de
compresa de cel·lulosa per a sobre, que serà la part que estarà en
contacte directe amb la pell, i per tant, tindrà la funció d’absorbir la suor.
Caldrà tan mateix realitzar un forat al mig per facilitar la canalització
d’aquesta suor, i per l’anvers s’afegeix un adhesiu que permetrà fixar el
sensor al cos.
La Figura 10 recull la representació gràfica dels materials utilitzats per la
construcció del sensor, així com l’ordre de la seva col·locació.
41
Figura 10 : Esquema d’un sensor epidèrmic.
Font: Universitat Rovira i Virgili
3.2.1.3. Com es transmet la informació?
La clau està en els nanotubs de carboni. Les fibres de cotó es tenyeixen
en una solució elaborada amb una petita quantitat d'aquest material, de
manera que la peça condueix l'electricitat. Després, es recobreix amb una
membrana polimèrica (una mena de vernís amb receptors químics).
D'aquesta manera, el teixit és capaç de detectar les substàncies presents
en la suor. Quan localitza una substància en concret, es genera un senyal
elèctric que és monitoritzada, que podríem dir que funciona com una
neurona.
Els nanotubs de carboni que s'utilitzen per elaborar el tint són estructures
compostes exclusivament per àtoms de carboni que combinen una sèrie
de propietats mecàniques i elèctriques inusuals, el que els converteix en
una eina molt útil per fabricar nous dispositius i materials. Es tracta de
tubs amb un diàmetre de tot just un nanòmetre, és a dir, un milió de
vegades més petit que un mil·límetre. És el material més dur que es
42
coneix, capaç de suportar càrregues molt pesades i de resistir densitats
de corrent elèctric molt superiors als cables de coure.
El sensor recapta la informació a través d’un multímetre Bluetooth®
(veure Figura 9) que transforma la senyal analògica en una senyal digital.
D’aquesta manera, una vegada aconseguida la senyal digital la mesura
del sensor pot ser enregistrada en una aplicació tal com ordinador, Tablet
o dispositiu mòbil.
3.2.2. FUNCIONAMENT DEL NANOSENSOR
Un cop elaborat el sensor químic es col·loca sobre qualsevol part del cos,
preferiblement sobre el pit o l’aixella del subjecte, adherint-ho sobre la
pell.
Utilitzarem els dos cables de coure del sensor per connectar-los al
multímetre Bluetooth® (veure Figura 9) que transmet la informació a una
aplicació que ens permetrà enregistrar les dades transmeses pel sensor.
Amb el sensor col·locat al cos, iniciarem la rutina d’entrenament esportiu
establerta.
Un cop finalitzat l’entrenament, retirem el sensor del cos i la targeta de
memòria que es troba inserida a l’aparell la introduïm dins d’un ordinador
per recollir les dades enregistrades.
3.3. PROCEDIMENT
Per provar el sensor el primer que fem és dissenyar el que anomenem el
“microcicle d’entrenament”, que consisteixen en la planificació de diferents
proves i activitats físiques, en diversitat d’intensitat i complexitat, les quals
distribuïm al llarg dels dies de la setmana. La realització dels diferents
43
entrenaments ens permetrà ficar a prova i validar el funcionament del
sensor.
El microcicle definit està compost per diferents tests que inclouen proves
d’atletisme i de ciclisme, les quals s’assignen al llarg dels diferents dies de
la setmana:
Dilluns: establim un entrenament de 45’ de carrera continua al 70
de rendiment
Dimarts: definim un entrenament de carrera a peu de 60’, format
per 20 minuts al trote al 65, 20 minuts al 80 i 20 minuts al 65.
Dimecres: deixem el dia de descans
Dijous: establim un entrenament de ciclisme de 30’
Divendres: definim un entrenament de carrera a peu de 75’ de
carrera continua a ritme moderat.
Per conèixer quin és el nostre percentatge de rendiment, hem de realitzar
com a tasca prèvia un test de ritmes de carrera. La Taula 2 mostra el Test
de ritmes seguit en el nostre cas.
44
Taula 2
Test de ritmes de carrera
Font: Jordi Ferré. Universitat Rovira i Virgili
De la interpretació de la taula anterior es deriva que, per exemple, fent
1.000 m al 70% de rendiment, trigaríem 5,21 minuts en recorre’ls.
Conseqüentment, si el nostre entrenament està fixat en 45 minuts, anant
al 70% hem de córrer una distancia de 8.637 m.
Un cop establert el microcicle d’entrenament procedim a realitzar l’exercici
físic pautat per a cadascun dels dies, col·locant en el meu cos 4 sensors,
en la forma que mostra la fotografia de la Figura 11, els quals han estat
elaborats tal i com hem descrit en l’apartat anterior d’aquest treball.
45
Figura 11: Col·locació dels sensors col·locats per a la realització de
l’experimentació
Font: Elaboració pròpia.
Per tal de que els sensors queden ben connectats al multímetre
Bluetooth® que enregistrarà la informació superposem als sensors una
peça pectoral tècnica de la marca Wimu (veure fotografia Figura 12).
46
Figura 12: Sensors col·locats i connectats al multímetre protegits per la peça
Wimu.
Font: elaboració pròpia.
Un cop col·locats els sensors de forma correcta, iniciem la prova esportiva
establerta (veure Figura 13).
47
Figura 13: Realització del test de ciclisme amb el sensor.
Font: elaboració pròpia.
Al final de cada entrenament, comprovem que el sensor ha recaptat tota
la informació, col·locant la tarja MicroSd inclosa dins del multímetre en un
ordinador i abocant la seva informació. La Taula 3 mostra un exemple del
format en que es recull la informació, i l’Annex 1 mostra el detall de totes
les dades registrades pels quatre sensor al llarg de tot el microcicle
d’entrenament.
48
Taula 3
Registre de dades pel Multimetre
TIME
150_S001 SWEAT
CHANNEL1
00:00:00 020 224,9343109
00:00:01 020 177,1134949
00:00:02 020 175,8900146
00:00:03 020 176,6454315
00:00:04 020 177,0955353
00:00:05 020 177,1649933
00:00:06 020 177,3888397
00:00:07 020 177,3630829
00:00:08 020 176,6685181
00:00:09 020 175,5869293
00:00:10 020 175,874588
Font: Jordi Ferre. Universitat Rovira i Virgili
Les dades enregistrades pel multímetre s’han de transformar seguint una
formula de càlcul per a convertir-les en mil·lilitres, i així poder determinar
la suor que s’ha perdut durant l’entrenament.
Per a calcular el volum de suor perduda durant aquest estudi
experimental, a partir de les dades de resistència elèctrica mesurada amb
el sensor, és necessari prèviament haver realitzat la calibració del sensor.
Aquesta calibració es realitza mitjançant l'addició de diferents volums
coneguts de solució aquosa al sensor i mesurant la resistència elèctrica
s'obté una recta de calibratge (Equació 1). La recta de calibratge permet
predir el volum de suor en una àrea de 0,2 cm2 (Equació 2), que és l'àrea
de la circumferència de 5 mm de diàmetre (orifici per on la suor entra en
contacte amb el sensor pròpiament dit), interpolant a la recta el
percentatge de resistència elèctrica (%R) (Equació 3) mesurada
experimentalment amb el sensor.
49
%R = 1,1624x + 3.1834 Equació 1
𝑽(𝝁𝑳) =%𝑹−𝟏,𝟏𝟔𝟐𝟒
𝟑,𝟏𝟖𝟑𝟒 Equació 2
%𝐑 = 𝐑𝐟−𝐑𝐢
𝐑𝐢𝐱𝟏𝟎𝟎 Equació 3
%R: increment de resistència elèctrica (%)
Ri: resistència elèctrica inicial (Ωi)
Rf: resistència elèctrica final (Ωf)
V (µL): volum de suor, mesurat en µL
Per calcular el volum de suor per unitat de superfície (cm2), es divideix el
volum de suor calculat a partir de la recta de calibratge per 0,2 cm2
(Equació 4).
𝛍𝐋
𝐜𝐦𝟐 =𝐕(𝛍𝐋)
𝟎,𝟐 𝐜𝐦𝟐 Equació 4
Per poder calcular el volum de suor perdut en tot el cos prèviament, hem
de calcular l'àrea superficial del cos (m2) segons l'Equació 5.
À𝐫𝐞𝐚 𝐬𝐮𝐩𝐞𝐫𝐟í𝐜𝐢𝐞 𝐜𝐨𝐬 (𝐦𝟐) = √𝐚𝐥ç𝐚𝐝𝐚 (𝐜𝐦) 𝐱 𝐏𝐢(𝐤𝐠)/𝟑𝟔𝟎𝟎
Equació 5
Finalment es calcula el volum total de líquid perdut (L) mitjançant
l'Equació 6.
𝑽𝒐𝒍𝒖𝒎 𝒕𝒐𝒕𝒂𝒍 𝒍í𝒒𝒖𝒊𝒅 𝒑𝒆𝒓𝒅𝒖𝒕(𝑳) =
𝒙𝝁𝑳
𝒄𝒎𝟐 𝒙𝟏𝟎𝟒𝒄𝒎𝟐
𝟏 𝒎𝟐 𝒙 à𝒓𝒆𝒂 𝒔𝒖𝒑𝒆𝒓𝒇í𝒄𝒊𝒆 𝐜𝐨𝐬 (𝒎𝟐) 𝒙 𝟏𝑳
𝟏𝟎𝟔𝝁𝑳
Equació 6
50
A aquesta darrera formula cal sumar 0.08 L, que són els litres d'aigua que
es perden en el procés de la respiració en forma basal, i és equivalent a
12 g d'aigua per hora.
Així doncs, transformant la resistència elèctrica en mil·lilitres obtenim la
quantitat de suor perduda durant aquell entrenament.
Com s’observa el procés de càlcul amb la interacció de múltiples
equacions es força complexa, i a tal efecte, l’equip d’investigació de la
URV ha preparat un programa informàtic específic per tal que es pugui
automatitzar el seu càlcul.
Així, aplicant aquest programari als resultats obtinguts en el meu
entrenament esportiu del dilluns, obtenim que la suor perduda durant
l’entrenament de 45 minuts de carrera contínua a carrera a peu esdevé
en una pèrdua de 620 ml. Així ho calculem successivament per a
cadascuna de les proves efectuades al llarg dels diferents dies de la
setmana.
Una vegada acabat l’entrenament, es realitza una percepció subjectiva de
cóm ens ha semblat de intens aquest entrenament. Això ho fem
mitjançant l’aplicació de l’escala RPE (Borg, G.,1982; Coutts, 2003).
RPE és l'acrònim de Rating of Perceived Exertion, que en català es pot
traduir com rang o índex d'esforç percebut. El RPE és un sistema de
valoració d'esforç o intensitat exercides en un entrenament, sigui quina
sigui la disciplina esportiva que practiquem, tant en esports aeròbics com
anaeròbics.
Per facilitar la correcta progressió de l'atleta i així evitar qualsevol aparició
de sobreentrenament o fins i tot possibles lesions a causa d'una mala
estructuració del seu entrenament, comptem amb una taula de nivells
RPE que van des del nivell 0 fins al nivell 10, tal i com mostra la Taula 4.
51
Taula 4
Nivells RPE
Font: http://t1d.training/zonas-rpe/
A la taula podem observar l'escala de nivells de RPE del 0 al 10, així com
la descripció de l'esforç .
Per conèixer exactament quin nivell de RPE hem aplicat en un
entrenament, cal preguntar a l'atleta i que sigui totalment sincer en la
resposta.
En el cas de l’entrenament de 45’ de carrera continua la meva percepció
subjectiva ha estat de 6, ja que per a mi, no es ni un entrenament molt fort
ni molt suau. Així ho fem successivament per a cadascuna de les proves
efectuades.
Un altre aspecte a tenir en compte és la carrega d’entrenament, que
s’aconsegueix multiplicant la percepció subjectiva de l’esforç, i el temps
que ha durat l’exercici. La mesura de la càrrega d'entrenament s’expressa
a través d'Unitats Arbitràries i segueix la següent formula:
CÀRREGA D'ENTRENAMENT (UA) = Volum (min) * Intensitat
(RPE)
52
Aquesta fórmula dona com a resultat el nombre d'Unitats Arbitràries sobre
la càrrega de la sessió (Foster et al., 2001; Impellizzeri et al., 2004).
Per exemple, en el cas de l’entrenament de dilluns, com he corregut 45
minuts i la percepció subjectiva de l’esforç ha estat de 6, la meva carrega
d’entrenament haurà estat de 270 UA .
CÀRREGA D'ENTRENAMENT (UA) = 45 min * 6 RPE=270 UA
Utilitzant la mateixa formula calculem successivament la càrrega
d’entrenament per a cadascuna de les activitats realitzades dins del
microcicle d’entrenament.
3.4. ANÀLISIS DE DADES
Per a l’obtenció de resultats de la nostra experimentació, hem de
reproduir el mateix procediment d’experimentació recollit en l’apartat
anterior per a cadascuna de les rutines establertes dins del microcicle
d’entrenament, i així podrem calcular el total d’aigua perduda d’acord a les
dades registrades pel sensor al llarg de la setmana.
A continuació detallem les dades obtingudes per a cadascun dels dies
establerts en el microcicle d’entrenament:
1. Dilluns:
Realitzem un entrenament de 45’ de carrera continua al 70 de
rendiment
Espai recorregut: 8.637 m
En aquest entrenament la deshidratació ha estat de 620 ml .
La percepció subjectiva és de 6 RPE ja que es un
entrenament dur però no extremadament dur.
La carrega d’entrenament és de 270 UA que la trobem a
partir de multiplicar els 45 minuts per 6 RPE .
53
2. Dimarts:
Realitzem un entrenament de carrera a peu de 60’, format per 20
minuts al trot al 65, 20 minuts al 80 i 20 minuts al 65.
Espai recorregut: 3663m+4535m+3663m= 11861m
En aquest entrenament la deshidratació ha estat de 1200 ml
La percepció subjectiva és de 7 RPE ja que és un
entrenament molt dur però no extremadament dur.
La carrega d’entrenament és de 420 UA que la trobem a
partir de multiplicar els 60 minuts per 7 RPE .
3. Dimecres:
Descans.
4. Dijous:
Realitzem un entrenament de ciclisme de 30’ .
En aquest entrenament la deshidratació ha estat de 300ml .
La percepció subjectiva és de 5 RPE ja que es un
entrenament suau tirant cap a dur.
La carrega d’entrenament és de 150 UA que la trobem a
partir de multiplicar els 30 minuts per 5 RPE .
5. Divendres:
Realitzem un entrenament de carrera a peu de 75’ de carrera continua
a ritme moderat .
En aquest entrenament la deshidratació ha estat de 1600ml .
La percepció subjectiva és de 8 RPE ja que és un
entrenament molt dur.
La carrega d’entrenament és de 600 UA que la trobem a
partir de multiplicar els 75 minuts per 8 RPE .
La Taula 5 recull de forma global les dades obtingudes.
54
Taula 5
Dades obtingudes en el microcicle d’entrenament
Font: Elaboració pròpia.
L’anàlisi de les dades obtingudes ens porta a observar que a major
càrrega d’entrenament, major deshidratació, tal i com mostra el Gràfic 1.
55
Gràfic 1: Relació entre carrega d’entrenament i deshidratació en un microcicle
d’entrenament.
Font: elaboració pròpia.
56
4. RESULTATS
El resultat d’aquest treball confirma que es pot conèixer exactament el
moment en el que es comença a produir la deshidratació per pèrdua de
suor a través de l’aplicació d’un sensor confeccionat amb nanotubs de
carboni. El sensor epidèrmic realitzat com a part d’aquest treball de
recerca ens ha permès mesurar, en temps real, la deshidratació patida
durant la realització d’exercici físic per la practica esportiva, fet que ens
permet confirma la hipòtesis plantejada a la nostra recerca. Així, donant
informació en temps real a la persona a la que se li aplica el sensor,
permet rebre l’alerta d’en quin moment li cal beure líquid o prendre altra
mesura correctora, i així evitar la deshidratació.
Amb aquest treball, he pogut comprovar que existeix una clara relació
entre l’increment de l’esforç físic i la deshidratació. Es tracta potser d’una
relació obvia, i que qualsevol persona pot deduir pel seu coneixement
propi, però els resultats obtinguts de les dades enregistrades pel sensor
durant la realització del microcicle d’entrenament permeten constatar de
forma objectiva, científica, el fet de que com a més esforç físic facis, més
suaràs, i per tant més et deshidrataràs.
57
5. DISCUSIÓ I CONCLUSIONS
Al llarg del treball de recerca hem pogut prendre consciencia de les greus
conseqüències que es deriven dels desequilibris d'hidratació. Hem vist
com el procés de deshidratació pot afectar de forma severa tant al
rendiment cognitiu com físic de la persona que el pateix. D’aquí que el
poder disposar d’un sistema fiable que faciliti la informació en el moment
precís en el qual s’inicia el procés de deshidratació, cobra una gran
importància, ja que pot contribuir de forma molt positiva a la prevenció de
certes malalties (lipotímies, deliris...) i evitar moltes hospitalitzacions si es
diagnostiquen i es gestionen d'hora.
Tal i com s’ha vist, la pràctica clínica actual no disposa d’un mètode únic
per determinar de forma robusta l'estat de deshidratació, i fa servir
múltiples mètriques de forma combinada (canvi de massa corporal, la
osmolaritat plasmàtica, el canvi del volum plasmàtic, l’anàlisi d’orina...).
Aquest fet provoca múltiples problemes, destacant l’alta variabilitat en la
mesura, i produeix molta confusió, ja que cap dels sistemes és
determinant com a mesura independent. A banda, obliga a incórrer en una
despesa elevada al sistema sanitari públic, pel fet de que ha de fer ús de
diferents tècniques de mesura, quantioses en quant a despesa econòmica
i de temps de producció de resultats (ex. anàlisis de sang, anàlisis
d’orina...), i obliga a allargar processos d’hospitalitzacions per
deshidratació.
En aquest treball de recerca hem pogut desenvolupar un sensor que
mesura en temps real la deshidratació del nostre cos. Hem assolit una
tècnica ràpida, precisa, no invasiva, portàtil i segura per avaluar l'estat
d'hidratació, sense necessitat de recórrer a les actuals proves molestes
realitzades en un hospital, i hem pogut constatar el seu bon funcionament.
Es tracta sens dubte d’un gran avenç vers els actuals sistemes
d’avaluació de la deshidratació, i per tant, es fa recomanable seguir
aprofundint en aquest camp de recerca.
58
El mitjà que hem fet servir per a comprovar el seu funcionament durant el
nostre exercici pràctic, mitjançant l’adhesió directe del sensor al nostre
cos, no seria del tot pràctic si la voluntat fora utilitzar-lo de forma habitual
cada cop que es vol fer esport. Per incrementar la seva usabilitat, la idea
òptima seria que aquest sensor vagi integrat a la roba, enlloc de la seva
aplicació directa al cos de l’esportista, confeccionant així un teixit
intel·ligent.
Un cop incorporat el sensor en el teixit, pot ampliar-se el seu camp
d’aplicació, no tan sols en l’esportiu que és en el qual hem desenvolupat
la nostra pràctica, sinó que també es podria utilitzar en roba per a gent
gran, per exemple si viuen sols i no son conscients de si han begut
suficientment o no, o també en l’àmbit infantil, ja que freqüentment els
nens petits pateixen vòmits o descomposicions amb el conseqüent perill
de deshidratació.
Vull concloure aquest treball ressaltant de forma sintètica que s’han
assolit tots els objectius plantejats en aquesta recerca (veure apartat 1.1.):
He pogut conèixer els sistemes reguladors de la hidratació del cos
humà vinculats amb el procés de sudoració, que es basen
principalment en regular la temperatura interna del cos, l’encarregat
del qual es l’hipotàlem, i mantenir-la a uns 37 graus. Això ho fa el
nostre cos mitjançant la suor produïda per les glàndules ecrines,
principalment, i les apocrines.
He aprés a analitzar la relació existent entre l’energia produïda a
través de l’esforç físic i la deshidratació, evidenciant que conforme
més energia produeixes, al fer un esforç intens, més et deshidrates
i per tant perds més suor.
Hem pogut dissenyar i construir un dispositiu que permet detectar
en temps real la deshidratació per sudoració. Mitjançant la seva
aplicació, hem pogut constatar que el sensor ens avisa en el
moment en el que ens comencem a deshidratar, i ens informa
sobre la quantitat d’aigua que hem perdut.
59
Hem comprovat que mitjançant l’aplicació del dispositiu, podem
mesurar la relació entre el desgast energètic provocat per un esforç
físic esportiu i la deshidratació, de manera que amb aquesta
informació podem saber a l’acabar un exercici exactament el líquid
que cal beure per recuperar el líquid perdut i prevenir tota classe de
deshidratacions i conseqüents lesions.
He ampliat la meva formació tant en l’adquisició de nous
coneixements com en l’aplicació de metodologies per a la recerca.
Aquesta primera experiència en el món de la investigació m’ha
permès descobrir que és un àmbit de treball molt engrescador i
creatiu, i tot i que no vull orientar la meva futura carrera
professional en l’àmbit de la nanotecnologia, he gaudit molt de
l’experiència, i em sento molt afortunat per haver tingut l’oportunitat
d’haver estat acollit dins d’un grup de recerca tan dinàmic com el
de Quimiometría, Cualimetría i Nanosensors de la URV. Estic segur
que podré utilitzar tots els coneixements i maneres de treballar
apreses durant la meva estada amb els investigadors i amb les
reunions amb la meva tutora, per a futurs treballs o per a aspectes
del dia a dia. I molt fonamentalment, he après a ser conscient de
l’important que és hidratar-se i l’imprescindible que és l’aigua per a
la nostra supervivença.
60
6. LIMITACIONS DE LA RECERCA
Desenvolupar sensors químics és una tasca complexa i encara queden
obstacles tecnològics per resoldre. Per exemple, els científics investiguen
un mètode per rentar aquests teixits sense que perdin les seves
propietats. La solució que han trobat, de moment, és introduir el
nanosensor a tires, que són col·locades directament en la peça o en un
botó de la roba, però encara no està el tema totalment resolt.
Per a l’estat actual de desenvolupament el sensor té un rang limitat de
lectura, és a dir, si una persona pateix una pèrdua de suor molt alta el
sensor pot saturar-se. Tanmateix, el sensor no ha estat testejat en
condicions de pluja, d’humitats/temperatures extremes i en condicions
aquàtiques.
Aquestes son algunes de les limitacions tècniques que encara estan
sobre la taula d’estudi del grup de recerca, i per tant, podem dir que el
projecte es troba encara en una fase de desenvolupament molt inicial i te
previst un recorregut de recerca més intensiva.
Una altre limitació que presenta la nostra recerca és que l’experimentació
hauria de ser efectuada sobre una major mostra de població humana.
Així, ens permetria conèixer el diferent comportament per les diferents
tipologies de característiques personals: gènere, edat, raça, etc. Atès que
es tracta d’una tecnologia que es troba encara en fase de
desenvolupament, i per tant, subjecte a temes de protecció intel·lectual i
industrial, en aquest moment, no es possible ampliar la participació i per
tant disposar d’una mostra amplia i significativa com seria desitjable per a
la recerca.
61
7. FUTURES LINEES DE RECERCA
El futur presenta una gran finestra d’oportunitats però també de reptes.
Per exemple, la revolució digital pot convergir la informació generada amb
els sensor i obtenir nous significats a través de les dades gràcies al big
data3. També la complementació de sensors pot generar noves
aplicacions i oportunitats en l’anomenat Internet of things (IoT). Per altra
banda, la continua revolució tecnològica involucra l’aparició de noves
tecnologies que poden revolucionar el panorama actual, com ara pot ser
l’evolució de la tecnologia òptica.
Uns clars potencials usuaris dels sensors serien els esportistes qui els
podrien portar a la roba i en tot moment controlarien els seus nivells
fisiològics.
A banda dels esportistes, altra col·lectiu poden ser les persones grans
amb problemes de mobilitat. Un bolquer d'adult que detecta un inesperat
augment de l'orina, mitjançant la inserció del sensor, podria evitar la
formació d'ulceracions, si el personal de les residències i els hospitals
sabés exactament quan cal canviar el bolquer.
Altra futura possible aplicació dels sensors, podria repercutir positivament
en canviar la vida de milions de persones diabètiques, especialment
d'edat avançada, que actualment dormen amb intranquil·litat per por a una
perillosa baixada del nivell de sucre. Els dispositius detecten en temps
real la sudoració, que és un dels principals símptomes de la hipoglucèmia,
i podran enviar la informació a un dispositiu de la mida d'un botó i després
a un telèfon mòbil que, finalment, pot reenviar l'avís fins a un familiar o un
cuidador. El mateix es podria fer per detectar el liti, el sodi o el potassi o
un canvi en el pH, entre moltes altres possibilitats.
3 Big Data: gestió i anàlisi d'enormes volums de dades que no poden ser tractats de manera
convencional, ja que superen els límits i capacitats de les eines de programari habitualment utilitzades per a la captura, gestió i processament de dades.
62
Tan mateix, per als nadons la col·locacions dels sensors en els seus
bolquers, podria evitar fer-los anàlisis d’orina innecessaris que els causen
molèsties.
8. COMPETENCIES ADQUIRIDES
He aprés a fer una recerca sobre un tema d'interès personal en el
qual m’he hagut d’implicar durant un temps determinat i de manera
constant i aprofundida.
He après a integrar-me en un grup de treball de la universitat i
col·laborar amb ells.
He posat en pràctica els coneixements adquirits en les diferents
matèries del batxillerat en relació amb la metodologia de recerca.
Aplicar la metodologia de recerca adequada als objectius fixats i
seleccionar i tractar les fonts d'informació i documentació adients.
He après a treballar de manera autònoma, amb iniciativa i
creativitat, i a fer us de l’esperit crític i a prendre consciencia de la
importància de la ètica i confidencialitat en la recerca.
He aprofundit en l’ús de les TIC i del tractament de la informació
durant el procés de recerca. He aprés a utilitzar una nova eina per
organitzar el treball anomenada Trello.
63
9. BIBLIOGRAFIA
Armstrong LE (2007). Assessing hydration status: the elusive gold
standard. J Am Coll Nutr. Oct;26(5Suppl):575S-584S. Review.
PMID: 17921468
Bǎnicǎ, F.G. (2012). Chemical Sensors and Biosensors:
Fundamentals and Applications. Chichester, UK: John Wiley &
Sons. p. 576. ISBN 978-1-118-35423-0.
Borg, G. (1982) Psychophysical bases of perceived exertion.
Medicine and Science in Sports and Exercise, 14, 337-381
Brotons, D. (24-07-02) Deshidratació, hidratació i exercici físic.
Recuperat de http://www.feec.org/Noticies/noticia--.php?noti=486-
Carter, R., Cheuvront, S.N., Kolka, M.A., Sawka, M.N., (2004).
Hydration Status Monitoring. Book Chapter – National Academy of
Science.
Coutts A. J (2003). Validity of the session-RPE method for
determining training load in team sport athletes. J Sci Med Sport 6:
525
Cheshire WB. Autonomic disorders and their management. In:
Goldman L, Schafer AI, eds. Cecil Medicine. 24th ed. Philadelphia,
PA: Saunders Elsevier; 2011:chap 427
Cheuvront, S. N., & Kenefick, R. W. (2014). Dehydration:
physiology, assessment, and performance effects. Compr Physiol,
4(1), 257-285. doi: 10.1002/cphy.c130017
Foster, C., Florhaug, J. A., Franklin, J., Gottschal, L., Hrovatin, L.
A., Parker, S., Doleshal, P. y Dodge, C. (2001). A new approach to
monitoring exercise training. Journal of Strength and Conditioning
Research, 15(1), 109-115.
Grimes, C.A., Dickey, E. C. & Pishko, M. V. (2006), Encyclopedia
of Sensors (10-Volume Set), American Scientific Publishers. ISBN
1-58883-056-X
64
Guyton (1997). Regulación de la función gastrointestinal, ingestión
de alimentos, micción y temperatura corporal. En: Guyton.
Anatomía y fisiología del sistema nervioso (pp 410-430). Buenos
Aires: Editorial Panamericana.
Impellizzeri, F., Rampinini, E., Coutts, A., Sassi, A., y Marcora, S.
(2004). Use of RPE-based training load in soccer. Medicine and
Science in Sports and Exercise, 36(6), 1042-1047.
Kavouras, S. (2002). Assessing hydration status. Current opinion in
clinical nutrition and metabolic care, vol. 5, no. 5, pp. 519–24.
Kim, S. (2007). Preventable Hospitalizations of Dehydration:
Implications of Inadequate Primary Health Care in the United
States. Annals of Epidemiology, vol. 17, no. 9, p. 736.
Kolasa, K.M., Lackey, C.J. & Grandjean, A.C. (2009). Hydration and
Health promotion. Nutrition Today; 44; 190-201.
Kretschmar, M. & Welsby, S. (2005). Capacitive and Inductive
Displacement Sensors. Sensor Technology Handbook, J. Wilson
editor, Newnes: Burlington, MA.
Navarro X. (1992). Evaluación de la función
sudomotora.Evaluación del Sistema Nervioso Autónomo (pp 37-
52). Barcelona: Prodisa.
Oliver P, Paul E (2004). Anatomy of the sweat glands,
pharmacology of botulinum toxin and distinctive síndromes
associated with hyperhydrosis. Clin Dermatol;22:40-44.
Rehrer, N. J., & Burke, L. (1996).Sweat losses during various
sports. Australian Journal of Nutrition and Dietetics. 53(4): S13-S16.
Schlereth, T., Dietrich, M., Birklein, F. (2009). Hyperhidrosis.
Causes and treatment of enhanced sweating, Dtsch Artebl Int 106
(3):32-7.
Shirreffs, SM. (2003). Markers of hydration status. Eur J Clin
Nutr.;57:S6-S9.
William P, Freeman R (2003). Disorders of sweating. Seminars in
Neurology. Vol 23 Nº4.
65
10. ANNEXOS
66
Annex 1: Dades enregistrades pel 4 sensors durant l’entrenament.
67
68
